860-22-0 / 酸性藍(lán) 74的脫色方法及應(yīng)用

背景及概述^[1][2]

酸性藍(lán) 74( IC) 是一種應(yīng)用非常廣泛的靛藍(lán)類染料，可用于牛仔褲和其他藍(lán)色織物的染色，酸性藍(lán) 74還可以作為分析化學(xué)中指示劑以及用于顯微鏡觀察的染色劑。此外，酸性藍(lán) 74在食品、藥品和化妝品工業(yè)中都有所應(yīng)用。然而這類靛藍(lán)染料可以引發(fā)腫瘤致癌，并可導(dǎo)致生殖、發(fā)育和神經(jīng)性疾病，威脅人體健康，因此脫色降解水體中的酸性藍(lán) 74對于減小該染料造成的污染至關(guān)重要。

目前已有一些利用物理吸附的方法去除廢水中酸性藍(lán) 74的報(bào)道，使用的吸附材料包括殼聚糖和活性炭等。然而這些物理方法只能從液體中吸附分離染料，還需要繼續(xù)處理才能將染料脫色降解。化學(xué)處理需要向染料溶液中加入新的化學(xué)成分，這往往會(huì)對環(huán)境造成二次污染。酶催化的方法可以加速染料的脫色和分解，效率高且污染小，是一種更加環(huán)保的染料處理方法。利用高效的酶催化酸性藍(lán) 74脫色降解將成為減小酸性藍(lán) 74污染的重要途徑。

應(yīng)用^[2-4]

酸性藍(lán) 74(Indigo Carmine ，IC)是一種重要的陰離子合成染料，在食品、藥物、化妝品工業(yè)中應(yīng)用廣泛，已被用作分析化學(xué)的指示劑、食品添加劑、生物研究中的顯微鏡標(biāo)本染色劑和醫(yī)學(xué)中的診斷藥物等。

1.酸性藍(lán) 74氧化褪色光度法測定海帶中碘。碘被稱為“智力元素”，是人體所必需的微量元素之一。健康成人體內(nèi)的碘含量約為30 mg，它的作用主要是促進(jìn)人機(jī)體能量的代謝、產(chǎn)熱，促進(jìn)體格發(fā)育和腦發(fā)育，幼兒時(shí)期碘缺乏會(huì)不同程度地使腦發(fā)育滯后，從而影響到智力，而且這種影響是不可逆的。食過量又會(huì)引起甲狀腺腫及甲亢，專家學(xué)者研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高碘地區(qū)學(xué)生的智商明顯低于適碘區(qū)，成人日攝入碘量應(yīng)不超過2 000 μg，否則會(huì)引發(fā)潛在危險(xiǎn)甲狀腺腫。碘的食物來源主要為食鹽、海產(chǎn)品、蔬菜和乳制品等，研究測定海帶中微量碘十分有意義。

2.酸性藍(lán) 74催化褪色光度法測定鈷。利用鈷催化染料類顯色劑的氧化褪色反應(yīng)，在環(huán)境檢測、生命科學(xué)及食品、藥物中進(jìn)行痕量鈷的測定已有報(bào)道。有研究使用 氧化酸性藍(lán) 74的褪色反應(yīng)來測定鈷。染料類顯色劑酸性藍(lán) 74( 5，5′-靛藍(lán)磺酸鈉)試劑在水溶液中，為一可逆的氧化還原反應(yīng)體系，在pH值< 8.0的溶液中，其氧化還原電位可由下式表示：

實(shí)驗(yàn)體系pH值為7.8，在此條件下滿足過渡金屬離子作為催化劑的氧化還原電對介于反應(yīng)物氧化還原電對中間條件，即XHO-2/OH- > XCo( OH)3/Co( OH)2> XIo /Ir ，說明Co2+ 是該反應(yīng)體系的催化劑，反應(yīng)機(jī)理如下：

該方法線性范圍為0～ 1.0μg /25 mL，檢出限為9.92× 10^{- 7} g /L，反應(yīng)的表觀活化能為8.66 k J/mo l，用于水樣中Co (Ⅱ )的分析，結(jié)果滿意。

3.酸性藍(lán) 74共振瑞利散射法測定蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，其測定在醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、生命科學(xué)和食品營養(yǎng)學(xué)中有著重要的意義。測定蛋白質(zhì)的光化學(xué)分析法主要有吸光光度法和熒光分析法等。近年來，共振瑞利散射(RRS)作為一種新的分析技術(shù)，在對蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子的分析研究中得到了廣泛的應(yīng)用。基于染料生色團(tuán)在生物大分子上的聚集作用，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振光散射。

研究表明：RRS 信號(hào)的增強(qiáng)與蛋白質(zhì)的分子量大小和電性有關(guān)。在靜電作用為主的體系中，當(dāng)溶液的pH 值小于蛋白質(zhì)的等點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)帶正電荷。陰離子染料與蛋白質(zhì)之間通過靜電作用結(jié)合形成復(fù)合物，亦即染料在蛋白質(zhì)上積形成較大的粒子因而產(chǎn)生強(qiáng)烈的RRS 增強(qiáng)信號(hào)。利用共振光散射技術(shù)，在pH 2.34 的介質(zhì)中通過蛋白質(zhì)和酸性藍(lán) 74的相互作用，使393 nm處共振光散射信號(hào)顯著增強(qiáng)，其增強(qiáng)程度與蛋白質(zhì)含量成正比，據(jù)此建立了測定蛋白質(zhì)的新方法。

在pH 2.34 的B-R 緩沖溶液中，酸性藍(lán) 74及蛋白質(zhì)的共振瑞利散射(RRS)均十分微弱。但兩者結(jié)合時(shí)，形成的復(fù)合物能使RRS 信號(hào)急劇增強(qiáng)，最大散射波長為393 nm 。測定人血清白蛋白、牛血清白蛋白、γ-人球蛋白、卵白蛋白的線性范圍分別為0.1~3.7、0.08~3.0、0.05~2.0、0.1~2.4 mg /L ；相應(yīng)的檢出限分別為24.6、20.7、20.4、25.7 μg /L 。本法用于人血清、牛奶、豆?jié){、尿液中總蛋白質(zhì)的測定，結(jié)果與經(jīng)典的考馬斯亮藍(lán)法一致。

脫色方法^[1]

CotA 漆酶能夠催化酸性藍(lán) 74脫色。影響CotA催化酸性藍(lán) 74脫色的主要因素為溫度、pH 和染料質(zhì)量濃度。有研究對CotA 漆酶降解靛藍(lán)胭脂脫色條件進(jìn)行了優(yōu)化，建立了三元二次數(shù)學(xué)模型。該模型很好地?cái)M合了酸性藍(lán) 74的脫色率與各因素之間的關(guān)系。pH、溫度、染料質(zhì)量濃度3 因素對脫色率的影響具有交互作用，其對脫色率影響的顯著性由大到小依次為: pH、溫度、染料質(zhì)量濃度。根據(jù)試驗(yàn)實(shí)際情況得出的最優(yōu)降解條件為pH= 8.6、溫度為60 ℃、染料質(zhì)量濃度為41.5 mg/L，在該條件下酸性藍(lán) 74脫色率可達(dá)91.4%，與模型預(yù)測值接近。CotA 漆酶能夠催化酸性藍(lán) 74降解生成質(zhì)荷比為216.07［M－Na］^－的小分子化合物，酸性藍(lán) 74被降解。

主要參考資料

[1] 范麗莉, 王炎, 趙敏, 等. CotA 漆酶催化酸性藍(lán) 74脫色條件優(yōu)化[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016 (2016 年 09): 106-111.

[2] 張愛梅, 劉妮娜. 酸性藍(lán) 74共振瑞利散射法測定蛋白質(zhì)[J]. 分析科學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 22(3): 327-329.

[3] 李玉紅, 楊振, 楊煥. 酸性藍(lán) 74氧化褪色光度法測定海帶中碘[J]. 化學(xué)與生物工程, 2018, 1: 015..

[4] 李竹云. 酸性藍(lán) 74催化褪色光度法測定鈷[J]. 分析科學(xué)學(xué)報(bào), 2001, 17(1): 46-48.